WO2014045716A1 - 粒子線照射システムおよび治療計画装置 - Google Patents

粒子線照射システムおよび治療計画装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014045716A1
WO2014045716A1 PCT/JP2013/070475 JP2013070475W WO2014045716A1 WO 2014045716 A1 WO2014045716 A1 WO 2014045716A1 JP 2013070475 W JP2013070475 W JP 2013070475W WO 2014045716 A1 WO2014045716 A1 WO 2014045716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
irradiation
particle beam
target
permission range
emission permission
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/070475
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐介 藤井
林太郎 藤本
真澄 梅澤
妙子 松浦
宮本　直樹
伸一 清水
千枝 寅松
聖心 高尾
英明 二本木
雄一 平田
梅垣　菊男
Original Assignee
株式会社日立製作所
国立大学法人北海道大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所, 国立大学法人北海道大学 filed Critical 株式会社日立製作所
Publication of WO2014045716A1 publication Critical patent/WO2014045716A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment
    • A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam irradiation system and a treatment planning apparatus, and more particularly, to a particle beam irradiation system and a treatment planning apparatus using a scanning irradiation method.
  • a particle beam irradiation system for irradiating a charged particle beam includes a charged particle generator, a beam transport system, and a treatment room.
  • the charged particle beam accelerated by the charged particle beam generation device reaches the irradiation device in the treatment room through the beam transport system, is scanned by the scanning electromagnet of the irradiation device, and is in the patient's body.
  • a dose distribution suitable for the shape of the affected area is formed.
  • Patent Document 1 discloses a method called gate irradiation.
  • Gate irradiation is a method of irradiating a particle beam when the target is in a predetermined position (exit permission range).
  • An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system capable of forming a dose distribution as planned in a particle beam irradiation system using a scanning irradiation method and capable of shortening an irradiation time (treatment time) as compared with conventional gate irradiation. It is to provide an irradiation system and a treatment planning device.
  • the computing device determines an emission permission range for each irradiation position, and in the particle beam irradiation system by the scanning irradiation method, the control device is the computing device of the treatment planning device. Irradiation is performed by changing the size of the emission permission range for each irradiation position using the emission permission range for each irradiation position determined by the above.
  • a dose distribution as planned can be formed, and the irradiation time (treatment time) can be shortened as compared with conventional gate irradiation.
  • a particle beam therapy system which includes a treatment planning apparatus that determines an emission permission range for each irradiation position and a particle beam irradiation system that performs gate irradiation according to the emission permission range will be described.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a particle beam therapy system including a particle beam irradiation system and a treatment planning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the particle beam irradiation system of the present embodiment includes a charged particle beam generator 1, a beam transport system 2, a treatment room 17, and a control system 7.
  • the particle beam treatment system includes the particle beam irradiation system, a treatment planning apparatus 41, and an X-ray CT apparatus 40.
  • the charged particle beam generator 1 has an ion source, a linac 3 as a pre-stage charged particle beam accelerator, and a synchrotron 4 as an accelerator.
  • the synchrotron 4 includes a high-frequency application device 5 and an acceleration device 6.
  • the high-frequency application device 5 includes a high-frequency application electrode 8 and a high-frequency application power source 9 that are arranged in the orbit of the synchrotron 4.
  • the high frequency application electrode 8 and the high frequency application power source 9 are connected by a switch.
  • the acceleration device 6 includes a high-frequency acceleration cavity disposed in the orbit of a particle beam (charged particle beam) and a high-frequency power source that applies high-frequency power to the high-frequency acceleration cavity.
  • An exit deflector 11 connects the synchrotron 4 and the beam transport system 2.
  • the beam transport system 2 includes a beam path 12, a quadrupole electromagnet, and deflection electromagnets 13, 14, 15, and 16.
  • the beam path 12 is connected to an irradiation device 21 installed in the treatment room 17.
  • a substantially cylindrical gantry 18 is installed in the treatment room 17.
  • the gantry 18 includes a deflecting electromagnets 15 and 16 that are a part of the beam transport system 2, an irradiation device 21 that irradiates the irradiation target 26 with a charged particle beam (ion beam), an X-ray generation device 35 and 36, and an X-ray detector. 37 and 38 are installed.
  • a treatment bed called a couch 24 is installed inside the gantry 18 in order to install an irradiation target (patient) 25.
  • the gantry 18 has a structure that can be rotated by a motor. As the gantry 18 rotates, the deflecting electromagnets 15 and 16, the irradiation device 21, the X-ray generators 35 and 36, and the X-ray detectors 37 and 38 rotate. When the rotation of the gantry 18 and each device are linked to this movement, the irradiation target 25 can be irradiated with the particle beam from any direction within a plane perpendicular to the rotation axis of the gantry 18.
  • the irradiation device 21 provided in the gantry 18 includes a scanning electromagnet 31, a scanning electromagnet 32, a position monitor 34, and a dose monitor 33 inside.
  • the irradiation device 21 includes two scanning electromagnets 31 and 32, and deflects the particle beam in two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the beam traveling direction, respectively. And change the irradiation position.
  • the position monitor 34 measures the position of the particle beam and the spread of the particle beam.
  • the dose monitor 33 measures the amount of irradiated particle beam.
  • the X-ray generator 35 (first X-ray generator) and the X-ray generator 36 (second X-ray generator) are installed in the gantry 18 and generate fluoroscopic X-rays.
  • a flat panel X-ray detector 37 (first X-ray detector) and an X-ray detector 38 (second X-ray detector) are installed at the front end of the irradiation port of the irradiation device 21.
  • the X-ray detector 37 detects an X-ray signal from the X-ray generator 35
  • the X-ray detector 38 detects an X-ray signal from the X-ray generator 36.
  • the irradiation target 25 is a person and the irradiation target 26 is a tumor.
  • the irradiation target 26 is an example, and a region where the presence of a tumor cell is potentially predicted may be used as the irradiation target.
  • the control system 7 includes a database 42 as a storage device, a central control device 46, an accelerator control device 47, an irradiation control device 48, and a moving object tracking device 49.
  • the database 42 is connected to a treatment planning apparatus 41 connected to the X-ray CT apparatus 40. Data necessary for irradiation created by the treatment planning apparatus 41 is recorded in the database 42.
  • the central controller 46 is connected to an accelerator controller 47, an irradiation controller 48, and a moving body tracking device 49.
  • the central controller 46 is connected to the database 42.
  • the central control unit 46 receives data from the database 42 and transmits necessary information to the accelerator control unit 47, the irradiation control unit 48, and the moving body tracking unit 49 for control.
  • the accelerator controller 47 is connected to the charged particle beam generator 1, the beam transport system 2, and the gantry 18, and controls them.
  • the irradiation control device 48 controls the scanning electromagnet power source for exciting the scanning electromagnets 31 and 32 and processes signals from each monitor in the irradiation device 21.
  • the moving body tracking device 49 is connected to the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 and controls them.
  • the X-ray generators 35 and 36, the X-ray detectors 37 and 38, and the moving object tracking device 49 constitute a target monitoring device that measures the position of the irradiation target 26.
  • the irradiation control device 48 is connected to the position monitor 34, the dose monitor 33, and the scanning electromagnet power source 51 that excites the scanning electromagnets 31 and 32 in the irradiation device 21, and controls them. Further, the irradiation control device 48 is connected to the moving object tracking device 49 and the accelerator control device 47, and communicates with these devices.
  • the irradiation control device 48 includes a position memory 48a, a dose memory 48b, an irradiation control circuit 48c, and a position monitoring circuit 48d.
  • the scanning electromagnet power source 51 includes an exciting current memory 51a and an electromagnet control circuit 51b.
  • the moving object tracking device 49 includes an emission permission range memory 49a and an image processing circuit 49b.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams in which the horizontal axis indicates the depth of the irradiation target 26 and the vertical axis indicates the energy of the particle beam.
  • FIG. 3A shows the dose distribution that a single energy particle beam forms in the irradiation object 25 as a function of depth.
  • the peak in FIG. 3A is called a Bragg peak.
  • the position of the Bragg peak depends on the energy of the particle beam. Therefore, the position of the Bragg peak can be adjusted by adjusting the energy of the particle beam, and an appropriate dose of particle beam can be irradiated to the desired depth of the irradiation target 26.
  • the irradiation target 26 has a thickness in the depth direction
  • the Bragg peak is a sharp peak. Therefore, as shown in FIG. 3B, a particle beam of several energies is irradiated at an appropriate intensity ratio, and the Bragg peak is irradiated.
  • SOBP uniform high dose region
  • the relationship between the lateral extent of the irradiation target 26 in the direction perpendicular to the beam axis (the direction of the XY plane) and the particle beam will be described.
  • the horizontal axis indicates the lateral extent of the irradiation target 26, and the vertical axis indicates the dose at the irradiation spot.
  • the direction perpendicular to the beam axis is called the transverse direction.
  • the particle beam passes through two scanning electromagnets 31 and 32 that are installed perpendicular to each other to reach a desired lateral position.
  • the lateral spread of the particle beam can be approximated by a Gaussian distribution shape.
  • the added distribution has a uniform region.
  • the Gaussian distribution dose distribution arranged in this way is called a spot.
  • a uniform dose distribution can be formed in the lateral direction by scanning the particle beam and arranging a plurality of spots at equal intervals.
  • approximating the lateral spread of the particle beam with a Gaussian distribution shape is an example, and the lateral spread of the particle beam may be approximated with a shape other than the Gaussian distribution shape.
  • a uniform irradiation field can be formed by the beam scanning in the horizontal direction by the scanning electromagnets 31 and 32 and the movement of the Bragg peak in the depth direction by changing the beam energy.
  • the unit of the irradiation field that is irradiated with the same energy and spreads in the horizontal direction by scanning the particle beam by the scanning electromagnets 31 and 32 is called a slice.
  • the treatment plan apparatus 41 includes a treatment plan calculation apparatus 101, a monitor 102 that displays an X-ray CT image, an MR image, and a dose distribution, and an input device 103 such as a keyboard and a mouse.
  • the treatment plan calculation device 101 is a part that manages accumulation of image data and dose distribution data for making a treatment plan, and execution of dose calculation calculation, and includes a communication device 108, a storage device 110, a main storage device 111, a treatment plan calculation.
  • the processing unit 109 is configured.
  • the communication device 108 is used for data exchange with other devices such as the database 42, the central control device 46, and the X-ray CT device 40 through the network.
  • the storage device 110 is, for example, a magnetic storage device and is generally a large-capacity storage device.
  • the storage device 110 is used for long-term data and program storage.
  • the main storage device 111 is, for example, a random access memory, and can be accessed at high speed, so that it is mainly used for holding temporary data and holding an executing program.
  • the treatment plan calculation processing device 109 executes programs stored in the storage device 110 and the main storage device 111 of the treatment plan calculation device 101, and performs procedures described in programs such as numerical calculation, data processing, and communication. It is a device to execute.
  • the treatment planning device 41 is used for an irradiation plan that has been acquired in advance by the treatment plan calculation processing device 109 executing a program module loaded from the storage device 110 to the main storage device 111 based on an instruction of an operator such as a doctor.
  • Parameters for forming a dose distribution on the irradiation target are determined using the CT image data. Further, the dose distribution to the irradiation target when the parameter is used is calculated, and the resulting dose distribution is displayed on the monitor 102.
  • the treatment planning apparatus 41 performs processing for the sake of simplification. Specifically, the operator inputs necessary data using the input device 103, and the treatment plan calculation apparatus 101 is processed.
  • the arithmetic processing unit 109 performs predetermined arithmetic processing based on the input data, displays the arithmetic result on the monitor 102, and further inputs data based on the display content. It is a progression.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure performed by the treatment planning device 41.
  • the processing of the treatment planning device 41 is performed according to the following order.
  • CT image reading and area designation step S301
  • Determination of parameters necessary for irradiation step S302
  • Determination of spot irradiation order step S303).
  • the irradiation object 25 is previously imaged by the X-ray CT apparatus 40.
  • the X-ray CT apparatus 40 has a function of creating a CT image for each phase of movement when the irradiation target (affected part) 26 periodically moves. In particular, when imaging a patient who is the irradiation target 25, a CT image for each respiratory phase can be acquired.
  • the X-ray CT apparatus 40 images the irradiation target 25 and creates a CT image of the irradiation target 25 for n phases.
  • the X-ray CT apparatus 40 transmits the created CT image to the treatment planning apparatus 41.
  • the treatment planning device 41 displays the received image data on the screen of the display device.
  • the operator selects a CT image having a reference phase from the CT images for each phase. For example, when considering movement of the affected part due to respiration, the normal expiration phase is selected. Note that a synchronous X-ray CT apparatus that generates only a CT image of a specific phase may be used instead of the X-ray CT apparatus that generates all CT images for each phase. Moreover, you may use the CT image imaged in the state hold
  • ROI-T target region
  • ROI-R an organ with high radiation sensitivity
  • ROI-R is designated as necessary.
  • the treatment planning apparatus 41 stores the dose given to the ROI-T, ROI-R, and ROI-T specified by the operator and the upper limit of the dose value that can be given to the ROI-R, for example, in the main storage device 111, thereby Complete the configuration.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method in which the treatment planning apparatus 41 determines an emission permission range using ROI-T and ROI-R, and ROI-T and ROI-R are denoted by reference numerals 82 and 83, respectively. .
  • FIG. 6 shows a state in which the proton beam 81 is irradiated from the upper side.
  • reference numerals 84, 85, and 86 denote a target region edge portion, a range end portion, and a low-dose region peripheral portion, which are required when setting the emission permission range (described later).
  • the treatment planning device 41 determines parameters necessary for irradiation.
  • Parameters necessary for irradiation are irradiation parameter, gantry angle, and irradiation target position information.
  • FIG. 5 shows the structure of irradiation parameters.
  • the irradiation parameter is composed of the slice number N and N slice data.
  • a slice represents a set of spots irradiated with the same energy.
  • the slice data includes slice number i, energy Ei, number of spots Ni, and Ni spot data.
  • the spot data includes a spot number j, an irradiation position (Xij, Yij), a target irradiation amount Dij, and an emission permission range Pij.
  • the treatment planning device 41 sets the position of the irradiation object (patient) 25, the gantry angle, and the irradiation parameters that can form a dose distribution on the ROI-T at the same time as making the ROI-R dose value as small as possible below the upper limit. Ask and decide. That is, the treatment planning device 41 determines the irradiation target installation position and the gantry irradiation angle based on the information of ROI-T and ROI-R input by the operator, and then sets the irradiation target 25 at the irradiation target installation position. An image projected on the line detectors 37 and 38 is calculated, and the image is used as irradiation target position information.
  • This irradiation target position information is used for positioning the irradiation target 25 at the time of particle beam irradiation for treatment of the irradiation target (patient) 25.
  • the treatment planning device 41 divides the irradiation target (affected part) 26 into a plurality of slices in the depth direction, and determines the necessary number N of slices.
  • the treatment planning device 41 obtains ion beam energy Ei suitable for irradiation according to the depth of each slice (slice number i).
  • the treatment planning apparatus 41 further determines the number of irradiation spots Ni, the spot number j, the irradiation position (Xij, Yij) of each spot, and the target irradiation amount Dij of each spot according to the shape of each slice. To do.
  • the emission permission range Pij is determined as follows.
  • the treatment planning device 41 sets the target region edge portion 84, the range end portion 85, and the low-dose region peripheral portion 86 by using the designated gantry angles with the designated ROI-T 82 and ROI-R 83.
  • the target region edge portion 84 is a boundary portion of the ROI-T 82 and is a region having a certain distance or less from the boundary surface of the ROI-T 82 to the inside and outside. This region is called ROI-A.
  • the range terminal portion 85 is a region not more than a certain distance from the boundary surface of the ROI-T 82 to the inside and outside and opposite to the direction in which the proton beam 81 is incident. This region is called ROI-B.
  • the low dose region peripheral portion 86 is a region having a certain distance or less outward from the boundary surface of the ROI-R83. This region is called ROI-C. Note that the distances from the boundary surface where ROI-A, ROI-B, and ROI-C are determined may be the same or different. A region of ROI-T that does not belong to any of ROI-A, ROI-B, and ROI-C is defined as ROI-D.
  • “irradiating the irradiation target with a particle beam (charged particle beam)” includes not only the inside of the irradiation target 26 but also the ROI-A and ROI-B which are the peripheral regions. It means to do.
  • the treatment planning device 41 designates the size of the permitted emission range allowed for ROI-A, ROI-B, ROI-C, and ROI-D. For example, let the size of the emission permission range for ROI-A be xAmax, xAmin, yAmax, yAmin, zAmax, zAmin. These values are values previously set by the operator. The same applies to ROI-B, ROI-C, and ROI-D.
  • the allowable values for ROI-A, ROI-B, and ROI-C are smaller than the allowable values for ROI-D.
  • the coordinates (x0, y0, z0) of the irradiation target (affected part) 26 are the coordinates of the center of gravity of the irradiation target 26.
  • (x0, y0, z0) is the coordinates of the irradiation target (affected part) 26, but this is a case where the position of the target is directly measured by X-ray fluoroscopy.
  • (x0, y0, z0) are the coordinates of the marker.
  • gate irradiation is performed using the position of the body surface, it is defined in one dimension instead of the three dimensions x, y, z in order to follow the one-dimensional motion of the body surface.
  • the size of the permitted emission range (allowable value) is specified for each of ROI-A, ROI-B, ROI-C, and ROI-D, and these values are used to set the permitted emission range Pij.
  • the effects obtained by setting are as follows.
  • Pij is a rectangular parallelepiped defined by the maximum value and the minimum value in the X direction, the Y direction, and the beam axis direction (Z direction) using a coordinate system that rotates with the gantry 18, the direction in which a Bragg curve is formed ( Z direction) and directions (X direction and Y direction) for forming a dose distribution having an approximately Gaussian distribution can be set separately.
  • the dose distribution shape formed by one spot differs between the beam axis direction and the direction perpendicular to the beam axis, and the steeper shape has a greater influence on the dose distribution shape of the spot position.
  • the direction in which the Bragg curve is formed has a steeper dose distribution shape than the direction in which a dose distribution having an approximately Gaussian distribution is formed.
  • the emission permission range Pij has been described as a rectangular parallelepiped, the emission permission range may be a spheroid.
  • the coordinates (x, y, z) of the irradiation target 26 are ((x-x0) / a) ⁇ 2 + ((y-y0) / b) ⁇ 2 + ((z-z0) / c) ⁇ 2 ⁇ r ⁇ 2 Allow exit when meeting.
  • a, b, c, r are parameters specified by the operator.
  • Pij defined by a rectangular parallelepiped is loose in the direction from (x0, y0, z0) to the vertex of the rectangular parallelepiped, and the direction from (x0, y0, z0) to the center of the rectangular parallelepiped is a strict emission permission range.
  • the direction toward the center of the surface is more severe than necessary, but it can be eliminated by setting the spheroid as the permitted emission range, reducing the irradiation time while ensuring a uniform dose distribution. can do.
  • step S303 Determination of spot irradiation order (step S303) Finally, the order of spot irradiation is determined.
  • the particle beam irradiation system performs irradiation according to the sequence of irradiation parameters created here. Usually, the irradiation order of spots is arranged in order from the closest irradiation position. FIG. 5 shows a case where the irradiation order is determined as described above.
  • the size of the permitted emission range It is also possible to minimize the change.
  • the irradiation order may be an order determined with priority on the size of the emission permission range, or may be an order determined with priority on energy change. Further, one group of irradiations may be assigned to one accelerator cycle.
  • irradiation may be performed according to an order determined by parameters other than irradiation parameters.
  • the treatment planning device 41 groups the irradiation positions (spots) and determines the irradiation order. However, after transmitting the irradiation parameters from the treatment planning device 41, only the irradiation order is determined or the irradiation position is determined. Both the (spot) grouping and the irradiation order determination may be performed by the irradiation control device 48.
  • the irradiation parameters and spot irradiation order data created in steps S302 and S303 are created for the number of gantry angles.
  • the created irradiation parameters and irradiation order data, gantry angle and irradiation target position information are transmitted to the database 42 and recorded in the database 42.
  • the database in which the irradiation target position information is recorded may be included in the particle beam therapy system like the database 42 of the present embodiment, or stored in a computer connected to the outside of the particle beam therapy system. It may be.
  • the treatment planning device 41 calculates a dose distribution when the irradiation target 25 is irradiated with each determined value, and displays the calculated dose distribution on the monitor 102.
  • ⁇ Irradiation procedure> A procedure for forming a dose distribution on the irradiation target 25 using the irradiation parameters, irradiation target installation information, and gantry angle created by the above procedure will be described.
  • the central controller 46 When the operator presses the irradiation preparation start button on the console connected to the central controller 46, the central controller 46 receives the installation position of the irradiation object 25, the gantry angle, and the irradiation parameters from the database 42. The central controller 46 transmits the energy information and gantry angle described in the irradiation parameters to the accelerator controller 47 and transmits the irradiation parameters to the irradiation controller 48. The accelerator controller 47 prepares an excitation pattern of each electromagnet for emitting a charged particle beam having energy designated by the central controller 46. The irradiation controller 48 sets the irradiation parameter received from the central controller 46 in each memory.
  • the irradiation position is recorded in the position memory 48 a
  • the target irradiation amount is recorded in the dose memory 48 b
  • the emission permission range is recorded in the emission permission range memory 49 a of the moving body tracking device 49.
  • the excitation current value obtained from the irradiation position and energy is recorded in the excitation current memory 51 a of the scanning electromagnet power source 51.
  • the irradiation object 25 is placed on the couch 24 and fixed on the couch 24. After fixing, in order to confirm that it is installed at the planned position, X-ray generators 35 and 36 (X-ray tubes) and X-ray detectors 37 and 38 are used for fluoroscopy. The fluoroscopic image and the image of the irradiation target position information are compared, and a deviation amount from the planned position is calculated. According to the deviation amount, the couch 24 is moved to adjust the position of the irradiation object 25.
  • the angle of the gantry 18 is set.
  • the accelerator controller 47 rotates the gantry 18 to the gantry angle described in the irradiation parameters.
  • the operator presses the irradiation start button on the console.
  • the irradiation start button is pressed, irradiation is started according to the procedure shown in FIG. In the following example, the irradiation order of spots is determined in order from the closest irradiation position.
  • the moving body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 to start measuring the position of the irradiation target 26.
  • the moving body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 to generate X-rays at a constant interval (for example, 30 Hz).
  • the image processing circuit 49 b calculates the position (target coordinates) of the irradiation target 26 using the images acquired from the X-ray detectors 37 and 38.
  • a marker such as a metal sphere is inserted in advance in the vicinity of the irradiation target 26, and the position of the marker is measured instead of measuring the position of the irradiation target 26.
  • the marker inserted in the vicinity of the irradiation target 26 may be made of other than metal.
  • the marker inserted near the irradiation target 26 may have a shape other than a sphere, or may be inserted inside the irradiation target.
  • the position of the irradiation target 26 may be calculated by measuring the positions of a plurality of markers.
  • step S202 an acceleration signal is transmitted from the central controller 46 to the accelerator controller 47.
  • the accelerator controller 47 accelerates the particle beam by controlling the ion source, linac 3 and synchrotron 4.
  • the particle beam generated in the ion source is accelerated by the linac 3 and is incident on the synchrotron 4.
  • the incident particle beam is accelerated to an energy E1 for irradiating the first slice number by applying a high frequency from the acceleration device 6.
  • an acceleration completion signal is transmitted from the accelerator controller 47 to the irradiation controller 48.
  • Step S203 Upon receiving the acceleration completion signal in step S202, the irradiation control device 48 prepares for spot irradiation in step S203.
  • the irradiation control circuit 48c in the irradiation controller 48 receives the acceleration completion signal.
  • the irradiation control circuit 48c transmits a spot setting signal to the image processing circuit 49b and the electromagnet control circuit 51b.
  • the image processing circuit 49b compares the position of the irradiation target 26 calculated using the images acquired from the X-ray detectors 37 and 38 with the emission permission range P11. If the target coordinates are within the emission permission range P11, the emission permission signal is continuously transmitted to the irradiation control circuit 48c until the target coordinates are outside the emission permission range.
  • the electromagnet control circuit 51b transmits an electromagnet setting completion signal to the irradiation control circuit 48c of the irradiation controller 48.
  • the irradiation control circuit 48c transmits an extraction start signal to the accelerator controller 47 if it receives an extraction permission signal when it receives an electromagnet setting completion signal. When the irradiation control circuit 48c receives the electromagnet setting completion signal and does not receive the extraction permission signal, the irradiation control circuit 48c waits to receive the extraction permission signal. When the irradiation permission signal is received, the irradiation control circuit 48c outputs an extraction start signal to the accelerator controller 47. Send.
  • the accelerator control device 47 that has received the emission start signal in step S204 controls the high frequency application device 5 to apply a high frequency to the particle beam.
  • the particle beam applied with the high frequency passes through the deflector for emission 11, passes through the beam path 12, and reaches the irradiation device 21 in the treatment room 17.
  • the particle beam is scanned by the scanning electromagnets 31 and 32 in the irradiation device 21, passes through the position monitor 34 and the dose monitor 33, reaches the irradiation target 25, and gives a dose to the irradiation target 26.
  • the amount of the particle beam that has reached the irradiation target 26 is detected by the dose monitor 33 and counted by the irradiation control circuit 48c.
  • the irradiation control circuit 48c compares the signal count from the dose monitor 33 with the value in the dose memory 48b, and outputs an extraction stop signal to the accelerator controller 47 when the count reaches the target dose recorded in the dose memory 48b. To do.
  • the accelerator control device 47 that has received the emission stop signal controls the high frequency application device 5 to stop the application of the high frequency, and stops the extraction. Further, the irradiation control circuit 48c transmits a spot completion signal to the position monitoring circuit 48d.
  • the position monitoring circuit 48d calculates the difference between the irradiation position recorded in the position memory 48a and the position detected by the position monitor 34, and confirms that the difference is equal to or less than the threshold value.
  • step S206 a deceleration signal is transmitted from the central controller 46 to the accelerator controller 47.
  • the accelerator control device 47 that has received the deceleration signal decelerates the particle beam, and enters a state where a new particle beam can enter from the linac 3.
  • step S205 it is determined whether there is a spot that has not been irradiated among the spots in the same group. If there is an incomplete spot, it is sufficient to prepare for irradiation of the next spot in the same group in step S203. If all the spots in the same group have been irradiated, determine whether there is a group that has not been irradiated. If there is a group that has not been irradiated, prepare for irradiation of the spots in that group. When all groups of spots are irradiated, the process may proceed to step S206. The same applies to the case where a spot irradiated with all energy is irradiated for each emission permission range. However, in this case, step S207 is not necessary.
  • FIG. 8A shows a case where the conventional emission permission range is constant.
  • FIG. 8B shows a case where the emission permission range of the present invention is variable.
  • the emission permission state in which the emission permission signal is output is set.
  • the emission permission range is constant, but in FIG. 8B, since the emission permission range is changed for each spot, it is not constant as shown in S1 to S6. 8B shows that the emission permission range is larger and the emission permission state is longer than that in FIG. 8B.
  • the image processing circuit 49b calculates target coordinates using the images acquired from the X-ray detectors 37 and 38, compares the target coordinates with the emission permission range, and generates an emission permission signal. ing.
  • the image processing circuit 49b may predict the position of the target in consideration of the delay due to the data processing time, and may generate the emission permission signal by comparing the predicted target coordinates with the emission permission range. By predicting the position of the target in this way, it is possible to avoid a delay in the emission permission timing due to the processing time of the control system.
  • the emission permission timing can be controlled in a cycle shorter than the X-ray imaging cycle.
  • the target position may be predicted by the image processing circuit 49b in consideration of a delay other than the delay due to the data processing time.
  • gate control may be performed based on the signal on the irradiation target surface.
  • a method of specifying the position of the irradiation target 26 there is a method of inserting a metal marker into or around the affected area.
  • the marker may be placed on the body surface. Since the marker is easily shown in the X-ray fluoroscopic image, the position of the irradiation target 26 can be accurately measured. Further, the position of the irradiation target 26 may be directly measured without a marker, or a positron tomographic (PET) image may be used for confirming the position of the irradiation target. This can save the labor of inserting the marker. Moreover, the coil which produces
  • the accelerator is described by taking the synchrotron 4 as an example, but it may be a cyclotron.
  • the emission means that a beam is emitted from the cyclotron toward the transport system.
  • the gantry 18 that rotates 360 degrees has been described as an example.
  • the present invention can be similarly applied to a gantry 18 that rotates 180 degrees or a particle beam irradiation apparatus that does not have the gantry 18. .
  • the penumbra can be made steep by reducing the emission permission range with respect to the target edge. Further, the dose uniformity can be improved by reducing the emission permission range with respect to the target range end. Moreover, the dose to the low dose region can be reduced by reducing the emission permission range around the low dose region. As described above, a dose distribution as planned can be formed. In addition, the irradiation time (treatment time) can be shortened by increasing the emission permission range with respect to a region other than the above.
  • the method of measuring the target position in the body or the marker position inserted in the vicinity of the target can perform gate irradiation with higher accuracy than the measurement of the body surface position that indirectly measures the position of the target. Therefore, in the method of measuring the inside of the body, it is possible to make the setting of the emission permission range smaller. Since the size of the emission permission range affects the irradiation time as the emission permission range is smaller, the present invention is particularly effective when measuring the inside of the body where the emission permission range is smaller.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

　スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ照射時間（治療時間）を短縮することができる粒子線照射システムおよび治療計画装置を提供する。　治療計画装置４１の治療計画演算装置１０１が照射位置毎に出射許可範囲を定め、スキャニング照射法による粒子線照射システムの制御装置４８が、治療計画装置４１の治療計画演算装置１０１が定めた照射位置毎の出射許可範囲を用いて、出射許可範囲の大きさを照射位置毎に変更して照射する。

Description

粒子線照射システムおよび治療計画装置
　本発明は、粒子線照射システムおよび治療計画装置に係わり、特に、スキャニング照射法を用いる粒子線照射システムおよび治療計画装置に関する。
　癌などの患者に対する治療法として荷電粒子ビーム（粒子線）を患部に照射する方法が知られている。荷電粒子ビームを照射する粒子線照射システムは荷電粒子発生装置とビーム輸送系と治療室を備えている。スキャニング照射法を用いる粒子線照射システムでは、荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置の走査電磁石により走査され、患者の体内で患部形状に適した線量分布を形成する。
　ところで、患部などの照射標的が呼吸などで移動すると、予め計画した線量分布を形成することが難しくなる。そこで計画通りの線量分布を形成する方法として、特許文献１はゲート照射と呼ばれる方法を開示している。ゲート照射は、標的が予め決めた位置（出射許可範囲）にある場合に粒子線を照射する方法である。
特開2010-253250号公報
　特許文献１に記載のようなゲート照射では、計画通りの線量分布を形成するためには出射許可範囲を小さくする必要がある。出射許可範囲を小さくするほど出射できる時間は短くなり、照射時間（治療時間）が長くなるという課題がある。
　本発明の目的は、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来のゲート照射に比べて照射時間（治療時間）を短縮することができる粒子線照射システムおよび治療計画装置を提供することである。
　上記課題を解決するため、本発明では、治療計画装置において、演算装置が照射位置毎に出射許可範囲を定め、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、制御装置が、前記治療計画装置の演算装置により定めた照射位置毎の出射許可範囲を用いて、出射許可範囲の大きさを照射位置毎に変更して照射する。
　本発明によれば、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来のゲート照射に比べて照射時間（治療時間）を短縮することができる。
本発明の一実施例である粒子線照射システムと治療計画装置を備えた粒子線治療システムの全体概略構成を示す図である。 本発明の一実施例である粒子線照射システムに備えられる照射制御装置の構成を示すブロック図面である。 照射対象に粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図である。 照射対象に粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図である。 照射対象に粒子線を照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。 本発明の一実施例であるデータベースに記憶される照射パラメータを示す概念図である。 本発明の一実施例である治療計画装置が出射許可範囲を決定する方法を示す図である。 本発明の一実施例である粒子線照射システムが粒子線を照射する手順を示したフローチャートである。 照射位置毎に定められた出射許可範囲に従いゲート照射を実施する場合の出射を許可するタイミングを示すタイムチャートである。 照射位置毎に定められた出射許可範囲に従いゲート照射を実施する場合の出射を許可するタイミングを示すタイムチャートである。 治療計画装置の構成を示す図である。 治療計画装置が行う処理手順を示したフローチャートである。
　以下、本発明の一実施例である、照射位置毎に出射許可範囲を定める治療計画装置とその出射許可範囲に従いゲート照射を実施する粒子線照射システムとを備えた粒子線治療システムについて説明する。
　図１は、本発明の一実施例である粒子線照射システムと治療計画装置を備えた粒子線治療システムの全体概略構成を示す図である。
　本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置１，ビーム輸送系２，治療室１７および制御システム７を備える。粒子線治療システムは、その粒子線照射システムと、治療計画装置４１およびＸ線ＣＴ装置４０を備えている。
　粒子線照射システムにおいて、荷電粒子ビーム発生装置１は、イオン源，前段荷電粒子ビーム加速装置であるライナック３および加速器であるシンクロトロン４を有する。シンクロトロン４は、高周波印加装置５，加速装置６を有する。高周波印加装置５はシンクロトロン４の周回軌道に配置された高周波印加電極８および高周波印加電源９を備える。高周波印加電極８と高周波印加電源９はスイッチにより接続される。加速装置６は粒子線（荷電粒子ビーム）の周回軌道に配置された高周波加速空洞および高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源を備える。出射用デフレクタ１１がシンクロトロン４とビーム輸送系２を接続する。
　ビーム輸送系２は、ビーム経路１２，四極電磁石，偏向電磁石１３，１４，１５，１６を有する。ビーム経路１２は、治療室１７内に設置された照射装置２１に接続される。
　治療室１７内に略筒状のガントリー１８が設置されている。ガントリー１８には、ビーム輸送系２の一部である偏向電磁石１５，１６、照射標的２６に荷電粒子ビーム（イオンビーム）を照射する照射装置２１、Ｘ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８が設置されている。ガントリー１８の内部には照射対象（患者）２５を設置するために、カウチ２４と呼ばれる治療用ベッドが設置される。
　ガントリー１８は、モーターにより回転可能な構造をしている。ガントリー１８の回転と共に偏向電磁石１５，１６と照射装置２１、Ｘ線発生装置３５，３６、およびＸ線検出器３７，３８が回転する。このガントリー１８の回転および各機器がこの動きに連動することにより、照射対象２５に対してガントリー１８の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも粒子線を照射することができる。
　ガントリー１８に備えられた照射装置２１は、走査電磁石３１，走査電磁石３２，位置モニタ３４，線量モニタ３３を内部に有する。本実施例の粒子線照射システムは、照射装置２１が二台の走査電磁石３１，３２を備え、ビーム進行方向と垂直な面内の二つの方向（Ｘ方向，Ｙ方向）にそれぞれ粒子線を偏向し、照射位置を変更する。位置モニタ３４は、粒子線の位置と粒子線の広がりを計測する。線量モニタ３３は、照射された粒子線の量を計測する。
　Ｘ線発生装置３５（第一のＸ線発生装置）とＸ線発生装置３６（第二のＸ線発生装置）は、ガントリー１８に設置されており、透視用のＸ線を発生させる。照射装置２１の照射口先端部には、フラットパネル型のＸ線検出器３７（第一のＸ線検出器）とＸ線検出器３８（第二のＸ線検出器）が設置されている。Ｘ線検出器３７はＸ線発生装置３５からのＸ線の信号を検出し、Ｘ線検出器３８はＸ線発生装置３６からのＸ線の信号を検出する。
　照射対象２５内には照射標的２６があり、粒子線を照射することで照射標的２６を覆うような線量分布を照射対象２５内に形成する。ここで癌などの治療の場合は、照射対象２５は人であり照射標的２６は腫瘍である。ここで照射標的２６を腫瘍とすることは一例であって、潜在的に腫瘍細胞の存在が予測される領域を照射標的とすることがあってもよい。
　本実施例の粒子線照射システムが備えている制御システム７について、図１を用いて説明する。制御システム７は、記憶装置であるデータベース４２、中央制御装置４６、加速器制御装置４７、照射制御装置４８および動体追跡装置４９を備える。データベース４２はＸ線ＣＴ装置４０に接続された治療計画装置４１に接続されている。治療計画装置４１が作成する照射に必要なデータはデータベース４２に記録される。中央制御装置４６は、加速器制御装置４７、照射制御装置４８、および動体追跡装置４９に接続される。また、中央制御装置４６は、データベース４２に接続される。中央制御装置４６は、データベース４２からデータを受け取り、加速器制御装置４７、照射制御装置４８、および動体追跡装置４９に必要な情報を送信し制御する。加速器制御装置４７は、荷電粒子ビーム発生装置１、ビーム輸送系２およびガントリー１８に接続され、これらを制御する。照射制御装置４８は、走査電磁石３１，３２を励磁する走査電磁石電源の制御と照射装置２１内の各モニタからの信号を処理する。動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８に接続され、これらを制御する。Ｘ線発生装置３５，３６、Ｘ線検出器３７，３８、動体追跡装置４９は照射標的２６の位置を計測する標的監視装置を構成する。
　図２を用いて照射制御装置４８の詳細を説明する。照射制御装置４８は照射装置２１内の位置モニタ３４、線量モニタ３３および走査電磁石３１，３２を励磁する走査電磁石電源５１に接続しており、これらを制御する。また、照射制御装置４８は動体追跡装置４９および加速器制御装置４７と接続しており、これらの機器と通信する。照射制御装置４８は位置メモリ４８ａ、線量メモリ４８ｂ、照射制御回路４８ｃおよび位置監視回路４８ｄを備えている。走査電磁石電源５１は励磁電流メモリ５１ａおよび電磁石制御回路５１ｂを備えている。動体追跡装置４９は出射許可範囲メモリ４９ａおよび画像処理回路４９ｂを備えている。
　図３Ａ及び図３Ｂを用いて本実施例による粒子線照射システムにおける照射対象２５の表面を基準とした場合の照射標的２６の深さと粒子線のエネルギーとの関係について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、横軸が照射標的２６の深さ、縦軸が粒子線のエネルギーを示す図である。
　図３Ａは、単一エネルギーの粒子線が照射対象２５内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図３Ａにおけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置は粒子線のエネルギーに依存する。そのため、粒子線のエネルギーを調整することでブラッグピークの位置を調整でき、照射標的２６の所望の深さに適切な線量の粒子線を照射することができる。照射標的２６は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークであるので、図３Ｂに表すようにいくつかのエネルギーの粒子線を適切な強度の割合で照射し、ブラッグピークを重ね合わせることで深さ方向に照射標的２６と同じ厚みを持った一様な高線量領域（ＳＯＢＰ）を形成する。
　図４を用いて、ビーム軸に垂直な方向（ＸＹ平面の方向）の照射標的２６の横方向の広がりと粒子線の関係について説明する。図４は、横軸に照射標的２６の横方向の広がりを、縦軸は照射スポットにおける線量を示す。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。粒子線は照射装置２１に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石３１，３２を通過することで横方向の所望の位置へと到達する。粒子線の横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、足し合わされた分布は一様な領域を有する。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。粒子線を走査し複数のスポットを等間隔に配置することで横方向に一様な線量分布を形成することができる。ここで、粒子線の横方向の広がりをガウス分布形状で近似することは、一例であり、粒子線の横方向の広がりがガウス分布形状以外の形状で近似されてもよい。
　以上により、走査電磁石３１，３２による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石３１，３２による粒子線の走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。
　以下に、照射位置毎に出射許可範囲を決定し、照射位置毎に定められた出射許可範囲に従いゲート照射を行う本発明のスキャニング照射法を実施するシステム構成の一実施例を詳しく説明する。
　＜治療計画＞
　まず、治療計画装置４１の構成を、図９を用いて説明する。
　治療計画装置４１は、治療計画演算装置１０１、Ｘ線ＣＴ画像やＭＲ画像および線量分布を表示するモニタ１０２、キーボードやマウス等の入力装置１０３から構成される。治療計画演算装置１０１は、治療計画を立案するための画像データおよび線量分布データの蓄積、線量計算演算の実施を司る部分であり、通信装置１０８、記憶装置１１０、主記憶装置１１１、治療計画演算処理装置１０９から構成される。通信装置１０８はネットワークを通してデータベース４２、中央制御装置４６、Ｘ線ＣＴ装置４０等の他の装置とのデータ交換等に使用する。また、記憶装置１１０はたとえば磁気記憶装置であり一般に大容量の記憶装置である。記憶装置１１０は長期的なデータおよびプログラムの保存に用いる。主記憶装置１１１は、たとえばランダムアクセスメモリであり、高速なアクセスが可能であるため、主に一時的なデータの保持および、実行中プログラムの保持に使用する。治療計画演算処理装置１０９は、治療計画演算装置１０１の記憶装置１１０や主記憶装置１１１に保管されているプログラムを実行し、数値的演算やデータ処理、通信等のプログラムに記述されている手続を実行する装置である。
　治療計画装置４１は、医師等のオペレータの指示に基づき、主記憶装置１１１に記憶装置１１０からロードされたプログラムモジュールを治療計画演算処理装置１０９が実行することにより、事前に取得済みの照射計画用ＣＴ画像データを用いて照射標的に線量分布を形成するためのパラメータを決定する。さらにそのパラメータを用いた場合の照射標的への線量分布を計算し、モニタ１０２上にその結果である線量分布を表示する。
　以下の説明では、説明の簡略化のため治療計画装置４１が処理を行うものとして説明するが、具体的には、オペレータが入力装置１０３を用いて必要なデータを入力し、治療計画演算装置１０１の演算処理装置１０９がその入力データに基づいて所定の演算処理を行い、その演算結果をモニタ１０２上に表示し、その表示内容に基づいて更にデータを入力するなどの手順を経て、処理手順が進行するものである。
　図１０は、治療計画装置４１が行う処理手順を示すフローチャートである。
　治療計画装置４１の処理は下記の順序に従い実施される。
　１．ＣＴ画像の読み込みと領域の指定（ステップＳ３０１）
　２．照射に必要なパラメータの決定（ステップＳ３０２）
　３．スポットの照射順序の決定（ステップＳ３０３）。
　以下、順番に説明する。
　１．ＣＴ画像の読み込みと領域の指定（ステップＳ３０１）
　予め照射対象２５をＸ線ＣＴ装置４０にて撮影する。Ｘ線ＣＴ装置４０は照射標的（患部）２６が周期的に動くときその動きの位相毎にＣＴ画像を作成する機能を備える。特に照射対象２５である患者を撮影する場合、呼吸位相毎のＣＴ画像を取得できる。Ｘ線ＣＴ装置４０は照射対象２５を撮影し、n個の位相に対する照射対象２５のＣＴ画像を作成する。Ｘ線ＣＴ装置４０は作成したＣＴ画像を治療計画装置４１に送信する。治療計画装置４１は、受け取った画像データを表示装置の画面上に表示する。オペレータは位相毎のＣＴ画像から基準となる位相のＣＴ画像を選択する。例えば呼吸による患部の移動を考える場合、通常呼気位相を選択する。なお、位相毎のＣＴ画像を全て作成するＸ線ＣＴ装置の変わりに特定の位相のＣＴ画像のみを作成する同期型Ｘ線ＣＴ装置を用いてもよい。また、通常のＸ線ＣＴ装置を使用して息止めした状態で撮像したＣＴ画像を使用してもよい。オペレータが選択したＣＴ画像上でオペレータは照射標的２６を覆うように、照射標的２６にマージンを付与して照射したい標的領域(ROI-T)を指定する。また、線量を低く抑えたい低線量領域(例えば放射線感受性が高い臓器)(ROI-R)が存在する場合は、ROI-Rを必要に応じて指定する。次いで、ROI-Tに付与する線量と、ROI-Rに付与可能な線量値の上限を指定する。治療計画装置４１はオペレータが指定したROI-TとROI-R、ROI-Tに付与する線量とROI-Rに付与可能な線量値の上限を例えば主記憶装置１１１に記憶することで、領域の設定を完了する。図６は、治療計画装置４１がROI-TとROI-Rを用いて出射許可範囲を決定する方法を示す図であり、ROI-TとROI-Rがそれぞれ符号８２，８３で示されている。図６は、上側から陽子線８１を照射する様子を示している。また、図６において、符号８４，８５，８６はそれぞれ標的領域辺縁部、飛程終端部、低線量領域周辺部であり、出射許可範囲の設定時に必要となる（後述）。
　２．照射に必要なパラメータの決定（ステップＳ３０２）
　次に治療計画装置４１は、照射に必要なパラメータの決定を実施する。照射に必要なパラメータは、照射パラメータ、ガントリー角度および照射対象位置情報である。図５に照射パラメータの構造を示す。照射パラメータはスライス数NとN個のスライスデータにより構成される。スライスは、同一のエネルギーで照射するスポットの集合を表す。スライスデータはスライス番号i、エネルギーEi、スポット数NiおよびNi個のスポットデータを含む。スポットデータはスポット番号j、照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）、目標照射量Ｄｉｊ、出射許可範囲Pijを含む。
　治療計画装置４１は、ROI-Rの線量値を上限以下の出来るだけ小さな値にすると同時にROI-Tに線量分布を形成できるような照射対象（患者）２５の設置位置、ガントリー角度、照射パラメータを求めて決定する。すなわち、治療計画装置４１は、オペレータが入力したROI-TとROI-Rの情報に基づいて照射対象設置位置とガントリー照射角度を決定後、照射対象設置位置に照射対象２５を設置したとき、Ｘ線検出器３７，３８に投影される画像を計算し、その画像を照射対象位置情報とする。この照射対象位置情報は照射対象（患者）２５の治療のための粒子線照射時に、照射対象２５の位置決めに用いられる。また、治療計画装置４１は、照射標的（患部）２６を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数Ｎを決定する。治療計画装置４１はそれぞれのスライス（スライス番号ｉ）の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーＥｉを求める。治療計画装置４１は、さらに、各スライスの形状に応じてイオンビームを照射する照射スポットの数Ｎｉ，スポット番号ｊ，各スポットの照射位置（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ），各スポットの目標照射量Ｄｉｊを決定する。
　出射許可範囲Pijは下記の通り決定する。
　まず、治療計画装置４１は、指定されたROI-T８２およびROI-R８３と決定されたガントリー角度を用いて標的領域辺縁部８４、飛程終端部８５、低線量領域周辺部８６を設定する。標的領域辺縁部８４はROI-T８２の境界部分であって、ROI-T８２の境界面から内側と外側に一定の距離以下の領域とする。この領域をROI-Aと呼ぶ。飛程終端部８５はROI-T８２の境界面から内側と外側に一定の距離以下かつ陽子線８１が入射する方向の反対側の領域とする。この領域をROI-Bと呼ぶ。低線量領域周辺部８６はROI-R８３の境界面から外側に一定の距離以下の領域とする。この領域をROI-Cと呼ぶ。なお、ROI-A、ROI-B、ROI-Cを決定した境界面からの距離は同一でもよいし、それぞれ異なる距離でもよい。ROI-Tのうち、ROI-A、ROI-B、ROI-Cのどれにも属さない領域をROI-Dとする。本願明細書で「粒子線（荷電粒子ビーム）を照射標的に照射する」とは、照射標的２６の内側だけでなく、その辺縁部の領域であるROI-A、ROI-Bを含めて照射することを意味する。
　次に治療計画装置４１は、ROI-A、ROI-B、ROI-C、ROI-Dに許容される出射許可範囲の大きさを指定する。例えばROI-Aに対する出射許可範囲の大きさをxAmax、xAmin、yAmax、yAmin、zAmax、zAminとする。これらの値はオペレータが予め入力して設定する値である。ROI-B、ROI-C、ROI-Dに対しても同様に定める。
　最後に、それぞれのスポットに対しPijを定める。Pijは、深さ方向（ビーム軸方向）に関し、スポットのブラッグピークの位置が属する領域に従う。例えば、オペレータが選んだ基準となる位相のＣＴ画像上において照射標的（患部）２６が（x0,y0,z0）の座標にあり、スポットのブラッグピークの位置がROI-Aにあるとき、Pijはxmin=x0-xAmin, xmax=x0+xAmaxとする。yとzについても同様である。複数の領域が重なる場所にブラッグピークが位置するスポットでは、許容値が小さい方を選択する。なお、ROI-A、ROI-B、ROI-Cの許容値はROI-Dに対する許容値より小さい。照射標的（患部）２６の座標（x0,y0,z0）は照射標的２６の重心位置の座標である。
　なお、ここでは（x0,y0,z0）を照射標的（患部）２６の座標としたが、これはＸ線透視により直接標的の位置を計測する場合についてである。照射標的２６の移動を別の方法で計測する場合、例えば金属マーカーを刺入する場合、（x0,y0,z0）はマーカーの座標である。また、体表の位置を用いてゲート照射する場合、体表の一次元の運動に従うためx、y、zの3次元ではなく1次元で定義される。
　このようにROI-A、ROI-B、ROI-C、ROI-Dのそれぞれに対して許容される出射許可範囲の大きさ（許容値）を指定し、これら値を用いて出射許可範囲Pijを定めることにより得られる効果は下記の通りである。
　ROI-Aの許容値を小さくすることにより線量分布辺縁部にて標的の移動により線量分布がぼやける効果を抑止できるため、線量分布のペナンブラを急峻にすることができる。また、ROI-Bの許容値を小さくすることにより、深部のスポットは線量分布への寄与が大きいため、線量一様度を向上させることができる。また、ROI-Cの許容値を小さくすることにより、低線量領域の周辺で線量がぼやけず照射したくない領域への線量を最小化することができる。以上により計画通りの線量分布を形成することができる。
　ここで、出射許可範囲Pijを定義する座標系について説明する。
　例えば、Pijはガントリー１８と共に回転する座標系を用いて、X方向、Y方向、およびビーム軸方向（Z方向）の最大値と最小値で定義される直方体とすると、ブラッグカーブを形成する方向(Z方向)、概ガウス分布状の線量分布を形成する方向(X方向、Y方向)各々に分けて設定できる。ひとつのスポットが形成する線量分布形状はビーム軸方向とビーム軸に垂直な方向とで異なり、その形状が急峻なほどスポットの位置が線量分布形状に与える影響が大きい。通常、ブラッグカーブを形成する方向のほうが、概ガウス分布状の線量分布を形成する方向より急峻な線量分布形状である。ガントリー１８と共に回転する座標系を用いることにより、線量分布形状に与える影響の大きさを考慮してPijを決定することができる。また、治療室に固定された座標系を用いると、ガントリー１８の回転角によらず、標的内での位置を固定できる。
　なお、出射許可範囲Pijは直方体として説明したが出射許可範囲は回転楕円体であってもよい。回転楕円体の場合、照射標的２６の座標(x,y,z)が
　　((x-x0)/a)^2+((y-y0)/b)^2+((z-z0)/c)^2　＜r^2
を満たすとき出射を許可する。a,b,c,rはオペレータが指定するパラメータである。直方体で定義されたPijは、(x0,y0,z0)から直方体の頂点へ向かう方向は緩く、(x0,y0,z0)から直方体の面の中心へ向かう方向は厳しい出射許可範囲である。面の中心へ向かう方向は必要以上に厳しい条件を課されていることになるが、回転楕円体を出射許可範囲とすることで解消され、一様な線量分布を確保しつつ照射時間をより短縮することができる。
　３．スポットの照射順序の決定（ステップＳ３０３）
　最後にスポットの照射順序を決定する。粒子線照射システムはここで作成された照射パラメータの順序に従って照射を実施する。通常、スポットの照射順序は、照射位置の近いものから順番に並べられる。図５はそのように照射順序を決定した場合を示している。
　出射許可範囲の大きさ毎にスポットを分類してグループ化し、グループ毎に出射許可範囲を設定し、かつスポットのグループ毎にまとめて照射するよう照射順序を決定することで、出射許可範囲の大きさの変更を最小化させることもできる。照射順序は出射許可範囲の大きさを優先して決めた順番であってもよいし、エネルギー変更を優先して決めた順番であってもよい。また、ひとつの加速器の周期に対しひとつのグループの照射を割り当ててもよい。
　例えば、同一エネルギーで照射するスポットを出射許可範囲の大きさ毎にグループ化する方法がある。エネルギーE1でROI-Aに照射されるスポットの集合を(E1,A)と表すと、(E1,A)、(E1,B)、(E1,C)、・・・、(E2,A)、(E2,B)、(E2,C)、・・・という順番で照射することができる。また、全エネルギーで照射するスポットを出射許可範囲毎に照射する方法がある。例えば、(E1,A)、(E2,A)、(E3,A)、・・・、(E1,B)、(E2,B)、(E2,B)、・・・という順番で照射することができる。このように出射許可範囲を変更する回数を少なくすることで容易な制御が可能になる。また、このようにすることで出射許可範囲メモリ４９ａに記録するデータをスポット毎からグループ毎にでき、制御を簡略化することができる。
　なお、ここで示した制御は、一例であり、本実施例に係る粒子線治療システムでは、照射パラメータ以外のパラメータによって決定される順序に従って照射が実施されてもよい。
　また、本実施例では、治療計画装置４１で照射位置（スポット）のグループ化と照射順序の決定を行ったが、治療計画装置４１から照射パラメータを送信した後、照射順序の決定のみ或いは照射位置（スポット）のグループ化と照射順序の決定の両方を照射制御装置４８で行ってもよい。
　ステップＳ３０２およびＳ３０３で作成される照射パラメータおよびスポットの照射順序のデータはガントリー角度の数だけ作成される。作成された照射パラメータおよび照射順序のデータと、ガントリー角度および照射対象位置情報はデータベース４２へ送信されデータベース４２に記録される。ここで、照射対象位置情報が記録されるデータベースは、本実施例のデータベース４２のように粒子線治療システムに含まれていてもよいし、粒子線治療システムの外部に接続されたコンピュータに保存されていてもよい。
　治療計画装置４１は、決定した各値により照射対象２５を照射したときの線量分布を求め、求めた線量分布をモニタ１０２に表示する。
　＜照射手順＞
　以上の手順により作成した照射パラメータ、照射対象設置情報およびガントリー角度を使用して照射対象２５に線量分布を形成する手順を説明する。
　オペレータが中央制御装置４６に接続されたコンソール上の照射準備開始ボタンを押すと、中央制御装置４６はデータベース４２から照射対象２５の設置位置、ガントリー角度および照射パラメータを受信する。中央制御装置４６は、照射パラメータに記載されたエネルギーの情報とガントリー角度を加速器制御装置４７に送信し、照射パラメータを照射制御装置４８に送信する。加速器制御装置４７では中央制御装置４６から指定されたエネルギーの荷電粒子ビームを出射するための各電磁石の励磁パターンを準備する。照射制御装置４８は中央制御装置４６から受信した照射パラメータを各メモリに設定する。照射位置を位置メモリ４８ａに、目標照射量を線量メモリ４８ｂに、出射許可範囲を動体追跡装置４９の出射許可範囲メモリ４９ａに記録する。また、照射位置とエネルギーから求めた励磁電流値を走査電磁石電源５１の励磁電流メモリ５１ａに記録する。
　照射対象２５をカウチ２４の上に乗せ、カウチ２４上に固定する。固定後、計画した位置に設置されていることを確認するため、Ｘ線発生装置３５，３６（Ｘ線管）とＸ線検出器３７，３８を用いて透視する。透視した画像と照射対象位置情報の画像とを比較し、計画位置からのずれ量を算出する。そのずれ量に従い、カウチ２４を移動して照射対象２５の位置を調整する。
　照射対象２５をカウチ２４に設置した後、ガントリー１８の角度を設定する。オペレータが中央制御装置４６に接続されたコンソール上のガントリー回転ボタンを押すと、加速器制御装置４７はガントリー１８を照射パラメータに記載されたガントリー角度までガントリー１８を回転させる。
　ガントリー１８の回転完了後、オペレータはコンソール上の照射開始ボタンを押す。照射開始ボタンが押されると図７に示す手順に従って照射が開始される。以下の例は、照射位置の近いものから順番にスポットの照射順序を決定した場合のものである。
　＜ステップＳ２０１＞
　ステップＳ２０１においてエネルギー番号i=１、スポット番号j=１のスポットから照射を開始する。動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６とＸ線検出器３７，３８を制御して照射標的２６の位置の計測を開始する。加速器制御装置４７はシンクロトロン４を制御してエネルギー番号i=１のエネルギーE1に粒子線を加速する。動体追跡装置４９はＸ線発生装置３５，３６を制御して一定の間隔(例えば30Hz)でＸ線を発生させる。画像処理回路４９ｂはＸ線検出器３７，３８から取得した画像を用いて照射標的２６の位置（標的座標）を算出する。なお、照射標的２６の位置を特定し易くするため、予め照射標的２６の付近に金属製の球などのマーカーを刺入しておき、照射標的２６の位置を計測する代わりにマーカーの位置を計測してもよい。ここで、照射標的２６の付近に刺入されるマーカーは、金属以外でつくられたものでもよい。また、照射標的２６の付近に刺入されるマーカーは、球以外の形状をしていてもよく、照射標的内部に刺入されていてもよい。また、複数のマーカーの位置を計測して照射標的２６の位置を算出してもよい。
　＜ステップＳ２０２＞
　ステップＳ２０２において中央制御装置４６から加速器制御装置４７へ加速信号が送信される。加速器制御装置４７はイオン源、ライナック３、シンクロトロン４を制御して粒子線を加速する。イオン源において発生した粒子線はライナック３により加速されシンクロトロン４へ入射される。入射された粒子線は加速装置６から高周波を印加され第一のスライス番号を照射するためのエネルギーE1まで加速される。粒子線の加速が完了すると加速器制御装置４７から照射制御装置４８へ加速完了信号が送信される。
　＜ステップＳ２０３＞
　ステップＳ２０２において加速完了信号を受信した照射制御装置４８は、ステップＳ２０３においてスポットの照射準備を実施する。照射制御装置４８内の照射制御回路４８ｃが加速完了信号を受信する。照射制御回路４８ｃは画像処理回路４９ｂと電磁石制御回路５１ｂへスポット設定信号を送信する。
　画像処理回路４９ｂは、スポット設定信号を受信し、出射許可範囲メモリ４９ａからi=1,j=1のスポットの出射許可範囲P11を読み出す。画像処理回路４９ｂは、Ｘ線検出器３７，３８から取得した画像を用いて算出した照射標的２６の位置と出射許可範囲P11を比較する。標的座標が出射許可範囲P11の中にあれば、標的座標が出射許可範囲の外に出るまで出射許可信号を照射制御回路４８ｃに送信し続ける。
　電磁石制御回路５１ｂは、励磁電流メモリ５１ａに記録されたi=1,j=1のスポットに対応する励磁電流値を読み出し、走査電磁石電源５１を制御して走査電磁石３１，３２を読み出した励磁電流値で励磁する。電磁石制御回路５１ｂは、走査電磁石電源５１の電流値の設定が完了すると照射制御装置４８の照射制御回路４８ｃに電磁石設定完了信号を送信する。なお、これらの電流値の設定はX軸に対応する走査電磁石３２とY軸に対応する走査電磁石３１の両方に対して実施される。
　照射制御回路４８ｃは、電磁石設定完了信号を受信したとき出射許可信号を受信していれば加速器制御装置４７に対し出射開始信号を送信する。照射制御回路４８ｃは、電磁石設定完了信号を受信したとき、出射許可信号を受信していない場合、出射許可信号を受信するのを待ち、出射許可信号を受信すると加速器制御装置４７に対し出射開始信号を送信する。
　＜ステップＳ２０４＞
　ステップＳ２０４において出射開始信号を受信した加速器制御装置４７は高周波印加装置５を制御して粒子線に高周波を印加する。高周波を印加された粒子線は出射用デフレクタ１１を通過し、ビーム経路１２を通過して治療室１７内の照射装置２１に達する。粒子線は照射装置２１内の走査電磁石３１，３２により走査され、位置モニタ３４および線量モニタ３３を通過して照射対象２５内に到達し照射標的２６に線量を付与する。照射標的２６に到達した粒子線の量は線量モニタ３３で検出され、照射制御回路４８ｃでカウントされる。照射制御回路４８ｃは線量モニタ３３からの信号のカウントと線量メモリ４８ｂの値を比較し、カウントが線量メモリ４８ｂに記録されている目標照射量に達すると加速器制御装置４７に対し出射停止信号を出力する。出射停止信号を受信した加速器制御装置４７は高周波印加装置５を制御して高周波の印加を停止し、出射を停止する。また、照射制御回路４８ｃは位置監視回路４８ｄへスポット完了信号を送信する。位置監視回路４８ｄは位置メモリ４８ａに記録されている照射位置と位置モニタ３４により検出した位置との差を算出し、差が閾値以下になっていることを確認する。
　＜ステップＳ２０５＞
　ステップＳ２０５において、同一スライスのスポットに照射が完了していないスポットがある場合、すなわちスポット番号jがj　＜Niの場合、j+1番目のスポットを照射するためステップＳ２０３に戻る。同一スライスのスポットを全て照射した場合、すなわちj=Niの場合、ステップＳ２０６に進む。
　＜ステップＳ２０６＞
　ステップＳ２０６において、中央制御装置４６から加速器制御装置４７に減速信号を送信する。減速信号を受信した加速器制御装置４７は粒子線を減速させ、ライナック３から新たな粒子線を入射できる状態になる。
　＜ステップＳ２０７＞
　ステップＳ２０７において照射が完了していないレイヤーがある場合、すなわちi　＜Nのとき、i+1番目のレイヤーを照射するためステップＳ２０２に進む。全てのレイヤーの照射が完了した場合、すなわちi=Nの場合、ステップＳ２０８に進み、照射完了となる。
　なお、同一エネルギーで照射するスポットを出射許可範囲の大きさ毎にグループ化した場合は、ステップＳ２０５で、同一グループ内のスポットに照射が完了していないスポットがあるかどうかを判定し、照射が完了していないスポットがある場合は、ステップＳ２０３で同一グループ内の次のスポットの照射準備をすればよい。また、同一グループ内のスポットを全て照射した場合は、照射が完了していないグループがあるかどうかを判定し、照射が完了していないグループがある場合は、そのグループ内のスポットの照射準備をし、全てのグループのスポットを照射した場合に、ステップＳ２０６に進めばよい。全エネルギーで照射するスポットを出射許可範囲毎に照射する場合も同様である。ただし、この場合は、ステップＳ２０７が不要となる。
　以上の手順により実施される制御について図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは従来の出射許可範囲が一定の場合を表す。図８Ｂが本発明の出射許可範囲が可変である場合を表す。照射標的２６の位置を表す移動信号が出射許可範囲の中にある場合、出射許可信号を出力する出射許可状態となる。図８Ａにおいて出射許可範囲は一定であるが、図８Ｂにおいて出射許可範囲はスポット毎に変更されるためＳ１～Ｓ６に示すように一定ではない。また、図８Ａより図８Ｂのほうが出射許可範囲が大きく、出射許可状態が長いことがわかる。
　＜他の実施例＞
　（１）本実施例ではスポット毎に粒子線の出射を停止するスポットスキャニングを例に説明したが、粒子線の出射を停止しないラスタースキャニングおよびラインスキャニングにも適用することができる。
　（２）本実施例では、画像処理回路４９ｂがＸ線検出器３７，３８から取得した画像を用いて標的座標を算出し、その標的座標と出射許可範囲を比較して出射許可信号を生成している。画像処理回路４９ｂはデータ処理時間による遅延を考慮して標的の位置を予測し、予測した標的座標と出射許可範囲を比較して出射許可信号を生成してもよい。このようにして標的の位置を予測することにより、制御システムの処理時間による出射許可タイミングの遅れを回避することができる。また、上記のように標的の位置を予測することでＸ線撮影周期より短い周期で出射許可タイミングを制御することができる。また、データ処理時間による遅延以外の遅延を考慮して、画像処理回路４９ｂにより標的の位置の予測が実行されてもよい。
　（３）本実施例では照射標的２６の位置を照射中に計測する方法について説明したが、照射対象表面の信号に基づいてゲート制御を実施してもよい。
　（４）上記照射標的２６の位置を特定する方法として患部の内部または周辺に金属製のマーカーを刺入する方法がある。マーカーは体表面に置いてもよい。マーカーはＸ線透視画像に写り易いため精度よく照射標的２６の位置を計測することができる。また、マーカーなしで直接照射標的２６の位置を計測してもよいし、照射標的の位置確認のために、ポジトロン断層(ＰＥＴ)画像を用いてもよい。このことにより、マーカーを刺入する手間を省くことができる。また、患部の位置を特定する方法は電磁波を生成するコイルであってもよい。また、照射対象表面の信号から照射標的２６の位置を特定してもよい。
　（５）本実施例では、加速器はシンクロトロン４を例に説明したがサイクロトロンでもよい。サイクロトロンの場合、出射はサイクロトロンから輸送系へ向けてビームが出ることを表す。
　（６）本実施例では360度回転するガントリー１８を例に説明したが、本発明は180度回転するガントリー１８、或いはガントリー１８がない粒子線照射装置に対しても同様に実施することができる。
　＜効果＞
　最後に、本実施例により得られる効果について整理する。本実施例によれば次の効果が得られる。
　標的の辺縁部に対し出射許可範囲を小さくすることによりペナンブラを急峻にすることができる。また、標的の飛程終端部に対し出射許可範囲を小さくすることにより線量一様度を向上させることができる。また、低線量領域の周辺に対し出射許可範囲を小さくすることにより低線量領域への線量を小さくすることができる。以上により計画通りの線量分布を形成することができる。また、上記以外の領域に対し出射許可範囲を大きくすることにより、照射時間（治療時間）を短くすることができる。
　体内の標的位置、又は標的近傍に刺入されたマーカー位置を計測する方法は、間接的に標的の位置を計測する体表位置の計測より高精度にゲート照射ができる。従って体内を計測する方法では出射許可範囲の設定をより小さくすることが可能である。出射許可範囲が小さいほど出射許可範囲の大きさが照射時間に影響するため、本発明は出射許可範囲がより小さい体内を計測する場合において特に有効である。
１　荷電粒子ビーム発生装置
２　ビーム輸送系
３　ライナック
４　シンクロトロン
５　高周波印加装置
６　加速装置
７　制御システム（制御装置）
１１　出射用デフレクタ
１２　ビーム経路
１３，１４，１５，１６　偏向電磁石
１７　治療室
２１　照射装置
２４　カウチ
２５　照射対象
２６　照射標的
３１，３２　走査電磁石
３３　線量モニタ
３４　位置モニタ
３５，３６　Ｘ線発生装置（標的監視装置）
３７，３８　Ｘ線検出器（標的監視装置）
４０　Ｘ線ＣＴ装置
４１　治療計画装置
４２　データベース
４６　中央制御装置
４７　加速器制御装置
４８　照射制御装置
４９　動体追跡装置（標的監視装置）
５１　走査電磁石電源
８１　陽子線
８２　標的領域
８３　低線量領域
８４　標的領域辺縁部
８５　飛程終端部
８６　低線量領域周辺部
１０１　治療計画演算装置
１０２　モニタ
１０３　入力装置
１０９　治療計画演算処理装置

Claims (12)

  1. 　荷電粒子ビームを生成して出射する加速器と、
    　前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有し、前記荷電粒子ビームを照射標的に照射する照射装置と、
    　前記照射標的の位置を計測する標的監視装置と、
    　前記標的監視装置からの信号に基づき前記照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御するゲート照射を行う制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記照射標的に前記荷電粒子ビームを照射するための複数の照射位置に対して、照射位置毎に出射許可範囲が設定されており、
    　前記制御装置は、前記複数の照射位置のうちの１つの照射位置に前記荷電粒子ビームを照射するとき、前記照射位置毎に設定した出射許可範囲を用い、前記標的監視装置が計算した前記照射標的の位置が前記１つの照射位置に設定された出射許可範囲の中にあるときは前記荷電粒子ビームの照射を開始し、前記照射標的の位置が前記１つの照射位置に設定された出射許可範囲の外にあるときは前記荷電粒子ビームの照射を停止するよう制御することを特徴とする粒子線照射システム。
  2. 　前記制御装置は、前記照射位置が前記照射標的に設定した標的領域の境界面から内側と外側に一定の距離の範囲内の領域にあるかどうかに応じて前記出射許可範囲が異なる値に設定されており、前記異なる値に設定された出射許可範囲を用いて前記照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
  3. 　前記制御装置は、前記照射位置が前記照射標的に設定した標的領域の境界面から内側と外側に一定の距離の範囲内にありかつ前記荷電粒子ビームの入射方向の反対側の領域にあるかどうかに応じて前記出射許可範囲が異なる値に設定されており、前記異なる値に設定された出射許可範囲を用いて前記照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
  4. 　前記制御装置は、前記照射標的の近くに線量の付与を抑える低線量領域が定められている場合に、前記照射位置が前記低線量領域の境界面から外側へ一定の距離の範囲内の領域にあるかどうかに応じて前記出射許可範囲が異なる値に設定されており、前記異なる値に設定された出射許可範囲を用いて前記照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
  5. 　前記制御装置は、前記複数の照射位置が前記出射許可範囲の大きさ毎に分類してグループ化され、前記グループ毎に前記出射許可範囲が設定されており、前記グループ毎に設定された出射許可範囲に基づいて前記荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
  6. 　前記照射装置は回転可能なガントリーに設置されており、
    　前記制御装置は、前記照射位置毎に設定された出射許可範囲が、前記ガントリーとともに回転する直交座標系に基づき定義された直方体と回転楕円体のいずれかとなるように設定されており、前記直方体と回転楕円体のいずれかに設定された出射許可範囲を用いて前記照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
  7. 　照射標的に設定した複数の照射位置のそれぞれに対して、前記照射標的が出射許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う粒子線照射システムに用いる治療計画装置において、
    　前記複数の照射位置に対して照射位置毎に前記出射許可範囲を設定する演算装置を備えることを特徴とする治療計画装置。
  8. 　前記演算装置は、前記照射標的に設定した標的領域の境界面から内側と外側に一定の距離の範囲内に第１領域を設定し、前記照射位置が前記第１領域にある場合とそれ以外の領域にある場合とで前記出射許可範囲を異なる値に設定することを特徴とする請求項７記載の治療計画装置。
  9. 　前記演算装置は、前記照射標的に設定した標的領域の境界面から内側と外側に一定の距離の範囲内にありかつ前記荷電粒子ビームの入射方向の反対側に第２領域を設定し、前記照射位置が前記第２領域にある場合とそれ以外の領域にある場合とで前記出射許可範囲を異なる値に設定することを特徴とする請求項７記載の治療計画装置。
  10. 　前記演算装置は、前記照射標的の近くに線量の付与を抑える低線量領域が定められており、前記低線量領域の境界面から外側へ一定の距離の範囲内に第３領域を設定し、前記照射位置が前記第３領域ある場合とそれ以外の領域にある場合とで前記出射許可範囲を異なる値に設定することを特徴とする請求項７に記載の治療計画装置。
  11. 　前記演算装置は、前記複数の照射位置を前記出射許可範囲の大きさ毎に分類してグループ化し、前記グループ毎に前記出射許可範囲を設定し、かつ前記照射位置のグループ毎にまとめて照射するよう照射順序を決定することを特徴とする請求項７に記載の治療計画装置。
  12. 　前記粒子線照射システムは、回転可能なガントリーに設置された照射装置を備え、
    　前記演算装置は、前記照射位置毎に設定された出射許可範囲を、前記ガントリーとともに回転する直交座標系における直方体と回転楕円体のいずれかとなるように設定することを特徴とする請求項７に記載の治療計画装置。
PCT/JP2013/070475 2012-09-18 2013-07-29 粒子線照射システムおよび治療計画装置 WO2014045716A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-204767 2012-09-18
JP2012204767A JP5976474B2 (ja) 2012-09-18 2012-09-18 粒子線照射システムおよび治療計画装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014045716A1 true WO2014045716A1 (ja) 2014-03-27

Family

ID=50341042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/070475 WO2014045716A1 (ja) 2012-09-18 2013-07-29 粒子線照射システムおよび治療計画装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5976474B2 (ja)
WO (1) WO2014045716A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018075362A (ja) * 2016-10-31 2018-05-17 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 粒子線治療システム
JP2020503106A (ja) * 2016-12-21 2020-01-30 レイサーチ ラボラトリーズ，エービー アクティブイオンビーム治療の治療計画を決定するためのシステム及び方法
JP2021166730A (ja) * 2019-06-18 2021-10-21 株式会社東芝 医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6622031B2 (ja) * 2015-08-27 2019-12-18 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 放射線治療システム及び超音波診断装置
JP6581522B2 (ja) * 2016-02-15 2019-09-25 株式会社日立製作所 粒子線治療システム及び粒子線治療システムの制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008154627A (ja) * 2006-12-20 2008-07-10 Natl Inst Of Radiological Sciences 粒子線照射システム、並びに、これに用いるコンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
JP2010521256A (ja) * 2007-03-23 2010-06-24 ゲーエスイー ヘルムホルツツェントルム フュア シュヴェアイオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー 身体内の動きのある標的体積に照射するための制御パラメータの決定

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4159226B2 (ja) * 2000-03-21 2008-10-01 住友重機械工業株式会社 患部トラッキング方法、装置、及び、これを用いた放射線照射方法、装置、並びに放射線治療装置
US8422631B2 (en) * 2007-12-07 2013-04-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Radiation therapy planning apparatus and radiation therapy planning method
JP4444338B2 (ja) * 2008-01-30 2010-03-31 三菱重工業株式会社 放射線治療装置制御装置および放射線照射方法
JP5976353B2 (ja) * 2012-03-23 2016-08-23 株式会社日立製作所 荷電粒子照射システムおよび照射計画装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008154627A (ja) * 2006-12-20 2008-07-10 Natl Inst Of Radiological Sciences 粒子線照射システム、並びに、これに用いるコンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
JP2010521256A (ja) * 2007-03-23 2010-06-24 ゲーエスイー ヘルムホルツツェントルム フュア シュヴェアイオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー 身体内の動きのある標的体積に照射するための制御パラメータの決定

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018075362A (ja) * 2016-10-31 2018-05-17 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 粒子線治療システム
JP7086560B2 (ja) 2016-10-31 2022-06-20 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 粒子線治療システム
JP2020503106A (ja) * 2016-12-21 2020-01-30 レイサーチ ラボラトリーズ，エービー アクティブイオンビーム治療の治療計画を決定するためのシステム及び方法
US11565127B2 (en) 2016-12-21 2023-01-31 Raysearch Laboratories Ab System and method for determining a treatment plan for active ion beam treatment
JP2021166730A (ja) * 2019-06-18 2021-10-21 株式会社東芝 医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理方法
JP7214792B2 (ja) 2019-06-18 2023-01-30 株式会社東芝 治療システム、および治療システムの制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014057738A (ja) 2014-04-03
JP5976474B2 (ja) 2016-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7416742B2 (ja) 粒子線治療における自動処置
JP5976353B2 (ja) 荷電粒子照射システムおよび照射計画装置
JP5722559B2 (ja) 治療計画装置
CN110314290A (zh) 带电粒子束治疗装置
US7834334B2 (en) Particle therapy system
JP5976474B2 (ja) 粒子線照射システムおよび治療計画装置
WO2017073683A1 (ja) 中性子捕捉療法システム
JP5193132B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射システム
US9889319B2 (en) Particle beam irradiation apparatus
JP2016144573A (ja) 画像処理装置および粒子線治療装置
JP5401391B2 (ja) 粒子線治療計画装置及び治療計画方法
US10456596B2 (en) Particle therapy system
JP6465283B2 (ja) 放射線治療システム
WO2017187877A1 (ja) 動体追跡装置および放射線照射システム
JP2009261634A (ja) 荷電粒子ビーム照射システム
US11883683B2 (en) Particle therapy system
WO2018216087A1 (ja) 粒子線治療装置
WO2019163291A1 (ja) 粒子線照射システムおよび照射計画装置
EP4344735A1 (en) Devices and methods for adaptively controlling a radiotherapy apparatus
US20150100250A1 (en) Method and Device for Determining an Irradiation Plan for a Particle Irradiation System
WO2020188890A1 (ja) 粒子線治療システム、計測粒子線ｃｔ画像生成方法、およびｃｔ画像生成プログラム
JP6063983B2 (ja) 粒子線治療システム
JP2015110171A (ja) 粒子線治療システム
CN117771561A (zh) 用于自适应地控制放射治疗设备的装置和方法
JP2023008382A (ja) 動体追跡装置、放射線照射システム及び動体追跡方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13839794

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13839794

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1